脑机暗战

2019-09-09 16:01:52 计算机应用文摘·触控 2019年16期

房煜

技术之争

韩璧丞今年30岁出头,曾与特斯拉的创始人伊隆·马斯克一同被美国媒体评为脑机接口领域五位创新者之一,也是脑机接口公司BrainCo的创始人。

2011年,韩璧丞去美国研究脑科学时,发现脑机技术已经分成两个非常明显的学派:一个是以哈佛、麻省理工(MIT)和布朗大学等美国东部的学院为主的学院派,他们主张非侵入式。而另一边则是美国西部科技公司为主的激进派,主张侵入式获取大脑信号,伊隆·马斯克的Neuralink是最有知名度的代表。

2019年7月,卡内基梅隆大学与明尼苏达大学合作,研究人员利用无创神经成像技术和机器学习技术研发了一种新型脑机接口。实验中,使用新型脑机接口的人类受试者以无创的方式控制机械臂,机械臂以一条平滑、连续的路径跟踪计算机屏幕上的光标。

非侵入式学派认为,侵入式可能100年内正常人都不会选择接受,因为付出的代价并非每个人所能承受的。

一方面,侵入式的整个手术周期和过程非常的复杂,令人感到恐怖,而且开颅手术也有相当高的风险。据澳大利亚新南威尔士一所医院的数据,在其71个癫痫手术前植入电极的人中,死亡2例,死亡率达2.8%。

另一方面,人体有排异反应,任何放到人体里面的东西都会结膜,结膜之后信号就会急速衰减。换句话说,即便通过手术将芯片插进了大脑,但很可能过一段时间就失效了,还需要拿出来再放回去。

不过,侵入式的学派则认为,大脑有860亿~1 000亿个神经元、这些神经元对应无比复杂神经网络,所以只有获取到本源的信号,才能进行有效的应用。

“举个例子,比如说现在有很多人想偷听我们讲话,我在玻璃外面听,当然有些减损和噪音,但是可以通过大量算法识别还原到相当好的程度。另一种为了拿到本源的数据,要拿一个机器在房间里凿开一个洞,破坏了这个环境之后,其实他已经不能像之前一样说话了。”韩璧丞说。

韩璧丞坚定地认为,即便伊隆·马斯克的最新技术不会让人感觉这么血腥,但是70微米的设备,扎进去之后也一定会破坏大量神经元。

一个有意思的事情是,在学术界,只要侵入式流派发布了最新的技术进展,非侵入式流派則会立刻跟进,对外宣布非侵入式也能通过算法做相同的应用。

“我们公司内部定的策略也很简单,马斯克想用侵入式的方法让大脑控制手机、鼠标和键盘,我们也会让一千人通过训练,通过非侵入式的方法,同样控制这些设备。”韩璧丞说。

三点连接大脑

在深圳南山科技园的北边,韩璧丞已经建立了脑机产品研发基地,残疾人和学生络绎不绝地来到这里进行训练或参观。

BrianCo介绍,公司收获了包括Boston Angel Club、中国电子、腾讯联合创始人曾李青的德迅资本、光大控股和鼎晖投资在内的诸多投资机构的青睐。

然而,即便是技术相对成熟的非侵入式,其发展也不是一蹴而就。

脑电是一个正负为微伏的非常微弱的电信号,因此如果非侵入式设备要采到高精度脑电,常规做法是需要先把头发洗一下,然后需要涂上像牙膏一样的导电膏,测试完之后再洗头。“我们最开始做研究的时候每天都要洗两次头,一年洗了大概800多次头。”韩璧丞说。

要让非侵入式脑机真正普及,便捷的导电材料是核心的技术关卡。只有让大家不用洗头涂上电膏的同时也能采集高清信号,脑机才能真正让大众接受。

因此在接下来的三年时间里,韩璧丞与他的团队只做了一件事:研究脑电信号检测材料。

在迭代了十几款材料之后,他们终于发明了一种固态凝胶电极,这个固态凝胶电极可以脱离导电膏,采到非常高精度的脑电信息,精准度可到达医疗级。

按照BrainCo的说法,现在这个产品已经被海外广泛使用,包括美国宇航局NASA、美国的奥林匹克运动队和意大利的方程式赛车队等。

脑机的商业未来

不可否认的是,相比需要进行外科手术的侵入式脑机,非侵入式的技术的确有更高的接受度,也得以更快的量产。但问题在于,哪个行业才最适合脑机呢?

一名脑机行业人士预测,只要是大脑可以控制的产业,都可以成为脑机未来的生意,因此这是一个庞大而充满诱惑力的市场。

刚开始,年轻的韩璧丞开发的都是让人感到酷炫的产品。比如脑控无人机、脑控车、脑控各类家电和脑控机械手等,但他最后发现,这些产品根本没有人愿意买单。

事情的转机来自一名脑科学研究者对韩璧丞说的一番话:“一个班级中,第一名和最后一名不是智商的差距,而是学习效率和大脑专注力的差距,有没有什么办法可以解决这个问题。”这个需求让韩璧丞茅塞顿开。

BrainCo脑科学专家杨锦陈说,神经反馈训练技术是基于脑科学和行为科学学习理论发展起来的一种安全、非侵入式的改善大脑功能和结构的方法。恰当运用神经反馈训练,可以有效提升大脑功能或者治疗脑疾病引起的脑功能损伤。神经反馈训练领域进行了大量的基础研究和临床试验,在提升认知能力和任务绩效、治疗注意缺陷与多动综合征 (ADHD,俗称多动症)、自闭症和认知老化等方面都积累了大量证据,取得了许多成果。

在这样的理论支持下,公司开始研发帮助学生提高学习效率的脑机接口头环,只要三点接触,即可获得精准的脑机信号。BrainCo官方称,这个产品已获得数十万台产品订单,目前的产品销售触达4个大洲的15个国家和地区,是脑机接口领域销售数量最高的产品。

另一个产业方向是智能假肢。中国残疾人联合会的数据显示,中国残疾人总数为8 502万人,城镇残疾人可支配收入在15 000元左右,农村残疾人士则更低。中国的假肢市场并不完善,几乎没有肢体残疾人去佩戴有意识控制的智能假肢,原因在于,这些智能假肢的价格需要50万元~60万元,已严重超出他们的承受范围。

其次,在提供假肢的公司中,德国企业奥索、奥托博克等占了大多数市场份额。这些公司主要将产品销售给欧洲和美国受伤的士兵,这一块庞大的生意让他们放弃了平民市场。

韩璧丞说,传统的智能假肢是用肌肉信号控制,但是从大脑里面出来的信号会更加准确,信息量更好,但同时又不可能给残疾人每天头上再带一个东西。因此他们寻找到了大脑和肌肉信号的关联度,最终形成一个简易的假肢。如今BrainCo的计划是,研发出准确度更高的假肢,并将成本降到10万元以内。

不可否认的是,在这项充满未来感的技术竞争当中,非侵入军团已经走在了商业前列,在全球知名的脑机公司当中,非侵入式也占了绝大多数。但愿意为之冒险的侵入式始终没有妥协。他们的坚持是,只有打开头颅,塞入芯片,才能看到真实的大脑。

一方是还在持续探索的奇妙技术,另一方是已经进入市场的商业军团,这场大脑战争的已经打响,截至目前,胜负未分。

写在最后

科学似乎陷入了一个困境:要获得脑信号就必须尽可能接近人脑,但那又意味着对脑不可避免的破坏。所以,在符合预期的脑机接口诞生前,科学家也许需要一次伟大的创新,让机器学习和大脑的可塑性真正结合起来。当然,他们在这中间将面临效率和道德的巨大挑战。